低温等离子体处理SF6废气综述

电 工 技 术 学 报

TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY

Vol.31 No. 24

Dec. 2016

低温等离子体处理SF6废气综述

张晓星

1,2

肖焓艳

1

黄杨珏3

（1. 输变电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学） 重庆 400044

2. 武汉大学电气工程学院 武汉 430074

3. 广东电网有限责任公司电力科学研究院 广州 510030）

摘要 低温等离子体废气处理技术正越来越引起人们的重视，它是未来环保产业的重要发展方向。由于强温室气体SF6本身的理化特性，等离子体处理SF6面临着更多的挑战，目前该方面的研究综述鲜见。本文尝试根据国内外已有的文献资料， 阐述了等离子体处理SF6的反应机理和其三个评价指标，从射频、微波和介质阻挡放电三种主要的处理SF6的等离子体出发论述了降解过程各个因素对降解率、能量效率以及最终降解产物的影响。同时，提出了等离子体处理SF6需要进一步解决的问题和今后的研究方向，并对其工业化进行了可行性分析。

关键词：低温等离子体 SF6 降解率 无害化 中图分类号：O539

A Review of Degradation of SF6 Waste by Low Temperature Plasma

Zhang Xiaoxing1,2 Xiao Hanyan1 Huang Yangjue3

（1. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology

Chongqing University Chongqing 400044 China

2. School of Electrical Engineering Wuhan University Wuhan 430074 China 3. Electric Power Science Research Institute Guangdong Power Grid Corporation

Guangzhou 510030 China）

Abstract The low temperature plasma technology for waste gas treatment attracts more and more attention. It becomes an important tendency in future’s environmental protection industry. Due to the physical and chemical properties, the treatment of the strong greenhouse gas SF6 by plasma is faced with more challenges. However, the related researches have rarely been reviewed so far. This paper describes the reaction mechanism as well as three evaluation indexes of plasma treatment of SF6. According to three main plasma treatment methods including radio frequency, microwave and dielectric barrier discharge, the influences of various factors on the destruction and removal efficiency, energy yield and the final byproducts were then comprehensively overviewed. Moreover, the further issues and the future research directions were also presented. Finally, the feasibility of its industrialization was analyzed.

Keywords：Low temperature plasma, SF6, destruction and removal efficiency, harmlessness

理化学技术如燃烧和催化热分解等相比，等离子体废气处理技术具有方便简单、能耗低、处理彻底等优势，应用前景十分广阔。

六氟化硫（SF6）由于具有良好的电气性能和优异的灭弧性能，作为绝缘介质材料被广泛应用于各种高压电气设备中[1]。此外，由于SF6是一种无色、

0 引言

近30年来，低温等离子体处理技术得到了越来越广泛的应用，尤其在废气处理方面。与传统的物

收稿日期 2016-05-29 改稿日期 2016-06-21

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张晓星等 低温等离子体处理SF6废气综述 17

无味、无毒、不可燃且无腐蚀性的惰性气体，它还被广泛应用于金属冶炼、半导体制造、医疗、化工、大气示踪和航空航天等行业。但研究表明SF6的温室效应潜在值（Global Warming Potential, GWP）是CO2的23 900倍，而且SF6在大气中的降解速度非常缓慢，大约需要3 200年，所以在1997年签订的《京都议定书》中已将SF6气体列为六种限制性排放的温室气体之一[2]。

据统计资料表明，在SF6应用领域中，电力工业的SF6排放是全球最大的SF6排放源类别。从1990年以来，我国电力工业的SF6排放量占总排放量的70%（其中包括气体泄漏、设备维修和退役），紧接着是镁金属冶炼工业、半导体制造工业和SF6气体生产行业，各约占10%[3]。

近年来，我国SF6的产量超过万吨，由于特高压和超高压技术的发展，其中大部分被应用于电力工业，约80%应用于高压气体绝缘电气设备产品中，并以每年超过8.7%的增速递增。随着气体绝缘电气设备的检修和退役，SF6废气也将逐年增加。

同时有分析显示，全球的SF6排放量总体也是呈上升趋势，导致大气中SF6的浓度也不断增加。工业化前全球SF6的大气浓度为6×10-3pmol/mol，目前已经超过了6pmol/mol[4-6]，对全球生态环境造成的威胁不容小觑，因此减少SF6的排放量是当前亟待解决的问题。

面对SF6对全球环境造成的破坏和公众环保意识的增强，我国一直致力于降低SF6排放量。减少SF6的使用量、提高SF6的回收利用率和降解处理SF6气体，是减少SF6排放量的主要手段。

目前，国内外不少学者对于气体绝缘设备中的替代气体进行了研究，如SF6与N2的混合气体、CF3I和c-C4F8等气体[7,8]。

尽管这些替代气体被认为是具有潜质替代SF6气体作为新的绝缘介质用于气体绝缘设备中，但是至今为止仍然没有发现具有广泛应用价值且可以替代SF6的气体。在其他领域，同样由于SF6独特的理化性质，使其难以被取代。

我国国家电网和南方电网公司于20世纪90年代初陆续开展了SF6回收处理设备的研制和管理方式的探讨。目前，国家电网公司的试点单位SF6回收利用率可达到95%以上，但相关回收处理技术还需要进一步改进并推广。同时，现有的回收净化装置价格昂贵（每台在几十万到百万之间，国外进口的价格更高）、数量少（每个地区级的电力公司一般仅有1～2套）、重量大（一般＞1 500kg）、利用率

低（一般只在设备安装或检修时使用，闲置时间长），而已建立的SF6回收处理中心一般都位于各省、市电科院或检修公司内，难以实现整个辖区全部气体绝缘设备的废气回收再利用。更为严重的是，目前绝大部分用量小的某些企业一般都是采用违规直接排放的方式，SF6回收处理问题还没有从根本上得到解决。

因此，鉴于SF6在电气行业及其他领域的替代气体的研究还处于不成熟阶段，推广SF6回收利用也存在成本高等缺点，针对电力行业偏远地区的小型气体绝缘设备和其他行业违规直接向大气中排放的SF6废气的问题，降解处理SF6废气是目前减少其对环境破坏的有效途径之一。本文结合已有文献，综述了近年来引起广泛关注和研究的几种SF6的等离子体降解处理方法，讨论了等离子体处理SF6废气技术所面临的瓶颈和难题，提出可能的解决方案，为等离子体处理SF6技术的大规模工业化应用提供一定的依据和参考。

1 等离子体处理SF6的反应机理与性能

评价

1.1 反应机理

由于SF6的分子结构是正八面体的，其化学性质极其稳定，纯净的SF6在500℃也不发生分解[9]，甚至连OH自由基都不能与之反应[10]，因此使用简单的化学方法对其进行分解极为困难。而在等离子体过程中，由于电子质量小，在电场作用下很容易被加速，从而产生大量的高能电子。这些高能电子不仅能与SF6分子发生碰撞，使其在极短的时间发生分解，生成氟原子和低氟硫化物SFx（x≤5），而且还和外加的其他气体发生碰撞使其分解产生活性粒子和自由基。最终这些活性粒子和自由基与SF6分子和低氟硫化物等发生一系列的化学反应而生成最终的降解产物。

SF6分子与电子的碰撞反应如下

SF6+e→SFx+(6−x)F+e （1） SF6+e→SFx−+(6−x)F （2）

SF6+e→SFx++(6−x)F+2e （3） 式（1）～式（3）分别为SF6的离解反应、离

解附着反应和离解电离反应。L. G. Christophorou[11]等对电子与SF6的相互作用进行了详细透彻的研究，当电子能量低于0.1eV时，电子附着在SF6分子上形成SF6−是最主要的作用过程，当电子能量逐

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渐增加时，式（2）所表示的形成SFx−（主要是x=3，4和5）和F−的反应开始增加，其中生成SF5−的电子能量阈值在0.3～1.5eV，生成F—的电子能量阈值则在2eV左右。而式（1）中生成中性碎片SFx的电子能量阈值为9.6eV，且随着x的减小，能量阈值增加。当电子能量继续增加到～16eV以上时，式（3）表示的离解电离反应所占的比重增加。根据生成各种低氟硫化物的能量阈值可推断，SF5及其正负离子的生成量最多。

在等离子体降解处理SF6中，

SF6还能通过与高能的离子或者激发态粒子的碰撞离解。由于纯度高的SF6绝缘性能优异很难放电，且各行业的SF6废气中SF6的浓度有差异，故在等离子体处理SF6的实验中通常加入了背景气体（也称之为放电气体）对SF6进行稀释，实验中常用的背景气体有N2、Ar和空气等[12-14]。这些气体在等离子体放电的作用下会被电离或激发，生成高能的离子和激发态粒子，它们不仅是良好的能量传递的载体，而且体积与SF6分子更接近，并易与SF6分子发生碰撞使其离解，具体的反应式为

SF6+M+→SFx++(6−x)F+M （4） SF6+M*

→SFx+(6−x)F+M （5）

式中，M表示背景气体。

在等离子体放电中，如果不存在其他化学活性高的粒子，SF6离解生成的低氟硫化物则会与氟原子结合发生复合反应，这将很大程度地降低SF6的降解率[15]。因此，有必要再外加气体在等离子体过程中迅速生成十分具有化学活性的粒子，与SF（主x要是SF5）反应。目前，由于·OH和O原子化学性质活泼，不少文献在等离子体处理SF6实验中采用H2O（气态）和O2等作为外加气体，其与反应的部分化学反应为[16,17]。

SF5+OH→SOF4+HF （6） SF4+OH→SOF2+HF+F （7） SF5+O→SOF4+F （8） SF4+O→SOF2+2F （9）

由此可见，选择合适的外加气体进而促进SF6

的正向降解。此外，外加气体的种类和比例还对最终降解产物有着直接的影响，后续会进行详细分析。 1.2 评价指标

等离子体处理废气技术的目的是高效无害化地将目标废气彻底去除，所以一般采用降解率和能量

效率来评价废气的去除效果[18]，有效的等离子体废气处理技术应该同时具有高的降解率和能量效率，对于等离子体降解SF6也是如此。

SF6的降解率R和能量效率EY定义为

R=

Cin−Cout

C×100% （10） in

EY=

mconverted

E

（11） 式中，Cin、Cout分别表示降解前后的浓度；mconverted为被处理的SF6的质量（mg）；E为处理相应质量的SF6气体所消耗的能量（J）

。 此外，由于SF6分子本身含有硫和氟元素，在等离子体处理过程中容易生成等SO2和SO2F2等有毒气体，不能被直接排放。因此，在评价等离子体SF6废气时，无害化效果是另一个描述此种处理技术是否优良的标准。当生成的有毒气体比例越少时，认为无害化效果越好。

2 不同等离子体对SF6的处理

2.1 射频等离子体降解SF6

射频（Radio Frequency，RF）等离子体放电是典型的低气压放电形成的低温等离子体，其频率一般为1～500MHz，电子能够在整个周期里获得能量，空间分布均匀，因此能高效地处理气体污染物[19]。

目前研究中RF等离子体处理SF6的系统主要包括混气设备、RF电源和匹配网络、真空放电反应器、机械泵和扩散泵等。RF电源的频率通常选择为13.56MHz，输入功率一般在0～50W之间，通过匹配网络，与放电反应器上的电极耦合，在玻璃反应器中的放电区域产生等离子体。由于RF等离子体必须在低气压条件下产生，对放电反应器的密封性要求较高，且同时采用机械泵和扩散泵以保证放电处理时反应器中的压强在10Torr（1Torr=133.322Pa）以下。气流速度在每分钟几百毫升左右。

文献[20]采用部分因子设计实验分析了影响射频等离子体中降解率的各个实验因素的相对重要性，其中包括初始浓度、输入功率、外加气体比例和气压，证明了输入功率的敏感系数最大，是影响降解率的最重要的参数，且降解率与输入功率成正相关。台湾的Mingliang Shih团队分别采用射频Ar等离子体和O2/Ar等离子体降解0.5%的SF6气体，在这两种等离子体中，随着输入功率（5～50W）的增大，RF等离子体的接触面积增加，降解率均显著提高[13]。当输入功率低于20W时，O2的加入反而

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抑制了SF6的降解，文献[13]认为这是由于输入功率较小时，O2的加入使电子密度减小；当功率超过40W时，在有、无O2的情况下降解率都达到99%以上。该团队还使用H2S作为还原剂来处理SF6气体[21]，H2S与SF6的比例控制在0～9.9，在SF6/Ar体系中，当输入功率从5W增加到30W时，降解率迅速上升到98.7%，当功率达到50W时，降解率趋于平稳；在H2S/SF6/Ar体系里，相同功率下SF6的降解率均高于SF6/Ar体系，且H2S与SF6的比例在1.7～5.1之间时降解效果最好，在功率仅为5W时降解率约为99.0%以上，但比例超过5.1时SF6的降解率会略微下降，这表明外加H2S的比例是除输入功率之外另一个对SF6的降解有重要影响的因素。

文献[22]中，采用RF等离子体在0.5W/cm2的条件下处理RPC探测器废气（95%的氟利昂R134a、4.5%的异丁烷和0.5%的SF6）中的SF6气体，指出电极几何结构优化、合适的电极表面温度和多电极设计均能提高SF6的降解率，但并未给出具体的实验方案和证明。

由此可见，对于同一反应器，输入功率是RF等离子体处理SF6的主要影响因素，其次外加气体的类型和比例也有一定的影响，且影响的作用不尽相同，可能抑制或者促进。 2.2 微波等离子体降解SF6

微波（Microwave）等离子体是由微波放电产生，又称作无极放电，同样也是一种低温等离子体，即等离子体中重粒子（离子和中性原子或分子）的能量远远低于电子的平均能量。但与其他低温等离子体相比，微波等离子体的气体温度通常要高一些，在500～5 000K的范围内[23-25]。微波等离子体放电能产生高密度的电子，并持续整个放电周期，但电子的平均能量相对低一些[26]。高密度使得电子与背景气体和SF6分子之间碰撞会更加频繁，增加了降解的可能性，但如果电子能量过低，碰撞即为弹性碰撞，无法使分子离解触发化学反应。

降解SF6常用的微波等离子体放电系统主要由2.45GHz的磁控管、调谐器、锥形波导管和等离子体反应器组成，磁控管产生的微波经波导管进入反应器中，当放电室内的磁场强度使得电子的回旋频率和输入的微波频率相当时，微波使电子运动加速，触发等离子体[25]。与射频放电相比，微波等离子体处理系统可以在大气压下工作，但微波电源的价格比射频电源的更加昂贵。处理SF6气体时，微波功率通常1～6kW之间，气流速度10～100L/min。

文献[26]以N2为背景气体，O2为外加气体，在流速为20～60L/min之间对微波等离子体降解SF6气体进行了充分的研究。当SF6的浓度为2.4%时，微波功率从1.5kW增加到2.9kW，降解率从30%线性增加到90%；当SF6的浓度为1.0%，微波功率小于2.5kW时，降解率与微波功率的斜率与初始浓度为2.4%的斜率一致，这表明降解一定量的SF6气体需要的能量相等，当功率超过2.5kW时，SF6的降解率超过95%，此时斜率变小，即随着微波功率的提高降解率的增加变缓，这是由于此时等离子体中SF6分子碎片的复合反应开始发挥作用。该研究同时还表明增大气流速度和反应器的半径均会使降解率线性降低，而且采用AlN管作为反应器比石英玻璃管的降解率更高，加入O2会使SF6的降解迅速上升，但是O2与SF6的比例超过1时，O2的影响趋于饱和。此外，还探究了低初始浓度的SF6的处理，在SF6的浓度低于0.5%时，初始浓度对降解率几乎没有影响，关键影响因素为微波功率和气流速度。

文献[14]在1.4kW的微波功率下处理SF6、N2、O2、空气或者C2H4的混合气体，当O2浓度增高时，使用于降解SF6的能量会变小，从而导致降解率下降，相比之下，空气和N2更能促进SF6的降解，这与Zahra等[27]的研究结果一致；而随着C2H4与SF6的比例增加，等离子体中的含H自由基增加，SF6的降解率也随着增加。文献[28]的微波等离子体处理方式同样采用N2为背景气体，

但外加气体则选择为水蒸气，其与SF6的比例为5，来处理1.7%～5%的SF6气体，结果证明水蒸气是一种能有效促进SF6降解的外加气体。

在反应器设计方面，J. H. Kim等[29]设计了反向涡动反应器，采用2.45GHz的微波等离子体降解0.2%的SF6，当微波功率为6kW，且气流速度为60L/min时，SF6的降解率达到了99.99%，比常规的涡动反应器在同一能量密度下的降解率提高了29%。

综上，微波等离子体处理SF6的功率和气流速度都要远大于射频等离子体，是降解率的重要影响因素。除此之外，也必须选择合适的外加气体。 2.3 介质阻挡放电等离子体降解SF6

介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge，DBD）是有绝缘介质插入放电空间的一种低温等离子体，它能够在高气压和宽频率的范围内工作，通常的工作气压为104～106Pa，电源频率为50Hz～1MHz[30]。

20

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DBD通常由正弦波形的交流高压电源驱动，电极结构的形式设计多种多样，如平板电极或同轴圆柱形电极，阻挡介质的层数和放置位置也有多种，单层或者双层，覆盖在电极上、悬挂在放电空间中或者颗粒状填充。它的气体温度比微波等离子体更低[26]，从节约能量和降低成本角度考虑，应该优先选择气体温度更低的等离子体，以使更多的能量用于提高电子平均能量，促进放电分解的化学反应，而非加热气体，因此，DBD在这个方面更具有优势。

通常降解SF6的DBD放电系统由交流高压电源和等离子体反应器构成，反应器结构简单且制作方便，一般采用同轴圆柱形式，反应器的管体同时作为阻挡介质，图1所示为一个典型的双层介质阻挡放电反应器。

图1 典型的双层介质阻挡放电反应器 Fig.1 A typical double-layer DBD reactor

文献[15]采用单层DBD在一个大气压下来处理0.03%的SF6气体，N2作为背景气体，气体流速100mL/min，在不同的外加电压幅值（14～24kV）和频率（60～150Hz）下探究O2、Ar、C2H4和H2O（g）等外加气体对SF6降解的影响，结果表明：电压越大频率越高，SF6的降解率也越高，可达90%以上。而且，Ar和H2O（g）的添加对SF6的降解起促进作用。但SF6的降解率随着O2和C2H4浓度的增加都出现了先增加后减小的趋势，说明这两种外加气体应该适量添加。

文献[31]同样采用了单层DBD降解0.082%的SF6气体，气流速度为每分钟几百毫升，外加电压幅值在17～23kV之间，频率在5～8kHz，值得一提的是，在不锈钢棒内电极上均匀加装了16个星形的放电片，使放电在星形放电片的尖端和地电极间发生，降解率均在95%以上，频率越高，气流速度越小，降解率越高。

国内复旦大学的张仁熙等[32-34]研究了双层介质阻挡放电反应器在低气压（几千帕）下处理静止的SF6气体，外加电压在2.1～3.9kV之间，SF6的分压越高其降解率越低，适量的Ar、N2、O2和空气都会促进SF6的降解，且水蒸气对SF6的降解同样起促进作用。

目前对DBD处理SF6气体的研究主要集中于低

浓度SF6的处理，电极的优化、电压和频率的选择、外加气体等都是影响DBD处理SF6的重要因素。 2.4 三种降解方式的对比

RF、微波和DBD等离子体处理SF6时，在一定参数下都能达到良好的降解率，但其适用的条件有所不同。RF等离子体的工作气压很低，而微波等离子体和DBD均可以在大气压下工作；微波等离子体处理SF6时的气流速率和放电功率都要远大于RF等离子体和DBD系统；同时微波等离子体放电系统的造价也更加昂贵。对比之下，DBD在处理SF6领域展现出了更大的潜力。

除了要达到较高的降解率，处理单位质量SF6

所消耗的能量也应尽可能低，即降低能量效率。但是，目前绝大数降解SF6的研究中对能量效率的探讨较少，文献[15]中计算了DBD处理SF6的能量效率为2.5g/(kW·h)左右，约6.94×10−4mg/J。优化反应条件、如何选择外加气体，是未来在保证降解率的

情况下提高能量效率进一步需要解决的问题。

3 等离子体处理SF6的无害化探讨

3.1 SF6降解产物的影响因素

阻碍等离子体处理SF6应用于实际工业生产的最主要因素是其容易产生有毒副产物，如SO2F2、SOF2和SOF4等[35, 36]。由于不同等离子体的性质不同，其降解SF6的机理有所不同，故其最终产物也有一定的差别，且降解条件下的其他因素的改变同样也会导致产物的不同。

Mingliang Shih等[13]研究表示输入功率是RF等离子体中抑制有害产物最重要的因素，功率增加，在有、无O2的情况下，反应产物均转化为SiF4、SO2和F2，其中SiF4的产生是由于SF6离解产生的F原子对石英反应器中SiO2的刻蚀作用。SO2F2、SOF2、SOF4、S2OF10和S2O2F10只在功率40W以下产生。他们的研究还发现在SF6/Ar的RF系统中，SiF4和SO2是主要产物，还有SO2F2、SOF2和SOF4产生；而在SF6/H2S/Ar系统中，HF和S是主要产物，仅有少量的SiF4、SO2、SO2F2、SOF2和SOF4产生，H2S这种还原性气体的加入抑制了有毒副产物的产生。文献[14]中的结果也同样显示在富含氢的微波等离子体环境中SF6中的F原子可能会全部转化为HF。针对等离子体降解SF6的副产物的研究不多，但都认为改变外加气体的种类和比例是改变副产物的种类和含量的关键途径，表1中列出了不同等离子体不同外加气体下的SF6的主要降解产物的对

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表1 不同等离子体不同外加气体下降解产物的对比 Tab.1 Comparison of energy yield using different plasma

approaches at different conditions

等离 外加 子体 气体 降解产物

参考文献

RF

O2 SiF4、SO2、F2（SO2F2，SOF2、SOF4、S2F10）[13]H2S HF、S（SiF4、SO2、SO2F2、SOF2、SOF4）

[21]O2

SiF4、SOF2、SO2F2

[26]微波

H2 F2、S、HF

[36]H2O

F2、S、SO2、SO2F2、HF、（SOF2、SOF4）

[36]DBD

O2

SO2、SO2F2、SOF2

[15] 空气 SiF4、SF4、SOF2、SOF4、SO2F2

[32]

比，其中括号中的产物代表产量较少。在外加了H2、H2O和H2S等含氢的气体后，有毒氟硫氧化物的产量都得到了一定程度上的抑制，生成HF和F2等容易被处理的产物。 3.2 无害化的探讨

降解产物的无害化是等离子体处理SF6气体领域的难点，也是今后必须解决的问题。鉴于目前大部分等离子体降解SF6气体的副产物的分析和研究仅停留在实验层面上，对于降解副产物产生机理的分析也是基于经验的化学公式得来，并没有真正了解和掌握其深层次的机理。建议从以下几个方面来探索SF6的无害化处理。

（1）选择合适的等离子体诊断方式，检测等离子体处理SF6过程中的中间粒子和产物的变化趋势，结合最终产物的分析，建立等离子体处理SF6的化学动力学模型，并据此提出抑制有毒副产物生成的方案。

（2）寻找其他更加合适的外加气体的配比；除了外加气体以外，还可以根据物质的化学性质，考虑在等离子体放电中外加合适的固体添加剂来抑制或去除有毒副产物，这一点比较适用于介质阻挡放电。

（3）借鉴等离子体去除其他污染物的研究方 案[37,38]，更改等离子体反应器的设计，或采用多反应器串联的方式，对有毒副产物进行二次处理，以达到最终无害化的目的。

4 等离子体处理SF6的工业化

SF6气体用途广泛，但不同行业的SF6废气的组成成分和SF6的浓度存在差异，如电力行业中SF6废气的浓度较高，含有水分和SF6的分解气体杂质，半导体制造行业的废气中SF6的含量则较低，在2%以下。早在1997年，以G. Mauthe为代表的GIGRE

的Work Group23.10分别发布了SF6 Recycling Guide[39]，提出使用热解法对电气设备在退役后的SF6进行降解，即在工业废气处理熔炉中通入SF6，使其与CaCO3在1 100℃以上的高温下进行化学反应转化成石膏CaSO4和萤石CaF2等自然界存在的物质，但是由于该方法能耗大、经济成本高，且随着SF6回收再利用技术的发展，该方法在电力行业中不再使用。美国环境保护局2013年的技术报告[40]表明，欧洲、美国和日本等发达地区对电力行业的SF6气体的回收再利用在90%以上，十分普遍，尽管购买使用新SF6气体比回收再利用SF6经济成本更低。报告还对比了发达地区的半导体制造行业中可使用的三种处理SF6废气的方式，包括热解法、热催化剂法和等离子体法。现阶段中热解法使用得最为广泛，其降解率为95%，年处理SF6量是等离子体法的4.5倍左右，但设备体积较大，在一些老的工厂中并不适用，它的基本建设成本约为等离子体法的3倍左右，每年的使用成本则是等离子体法的6倍多。热催化剂法适用于大部分工厂，工作温度较热解法低，降解率高达99%，年处理SF6量与等离子体法相当，基本建设成本略高于热解法，然而由于换催化剂的成本很高，导致每年的使用费用高于热解法，在实际工业中使用较少。等离子体法的平均降解率在97%左右，除了能耗低、成本小的优点外，等离子体法的处理系统的体积比另外两种小，适用于绝大多数工厂，但其会产生一些副产物，可能需要配合湿式洗涤器使用。虽然等离子体法处理SF6的技术还不够成熟，但其具有良好的工业应用前景。

但目前在国内，SF6的回收处理工作还处于起步阶段[41]，对于SF6消耗量最大的电力行业已经认识到环保的重要性[42,43]，主动开展了SF6气体的回收工作，但由于储气容量有限、回收气体运送成本高和缺少回收净化中心等，有很大一部分废气最终都排放到大气中，同时在其他工业领域对SF6气体的处理也罕见报道。尽管SF6的回收再利用是更加符合环保和资源重复利用的原则，但由于现阶段，降解SF6是在短期内最简单、最有效的SF6减排方法，符合工业需求。

5 结论

与传统的高能耗处理方式相比，低温等离子体放电以其高效低能耗等优点成为了一种非常具有潜力的处理SF6的技术。降解率、能量效率和无害化

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电 工 技 术 学 报 2016年12月

效果是评价SF6废气处理的三个重要指标。对于常用于处理SF6的三种等离子体方式，除了在产生等离子体放电系统上的差异之外，它们工作和适用的降解条件也各不相同，但放电参数、反应器参数、操作条件参数及气体参数均对降解率有一定的影响，其中放电功率和外加气体是影响较大的两个因素。此外，外加气体的种类和比例还是影响SF6最终降解产物的关键因素，含氢类的气体在抑制有毒副产物方面有一定的作用，但仍需探索其他无害化的途径。目前，等离子体处理SF6的研究尚未完全成熟，优化反应条件、提高降解率和能量效率以及最终产物无害化是未来研究的方向。

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作者简介

张晓星 男，1972年生，教授，博士生导师，研究方向为电气设备的在线检测、等离子体放电的应用。

E-mail: xiaoxing.zhang@outlook.com（通信作者）

肖焓艳 女，1992年生，博士研究生，研究方向为等离子体放电的应用。

E-mail: xhy533@hotmail.com